Развитие алгоритмов и кодов для расчета транспорта частиц в задачах моделирования переноса излучения

• Автор: Таланов, Вадим Вадимович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 106 с. : ил

Содержание
Введение

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА ЧАСТИЦ МЕТОДОМ МОНТЕКАРЛО

1.1 Моделирование перепоса частиц методом МонтеКарло

1.2 Программы моделирования переноса частиц

1.3 Парадигмы программирования.

1.4 Понятие о программном окружении

2 АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТРАНСПОРТА ЧАСТИЦ

2.1 Алгоритм построения истории частицы

2.2 Представления геометрии

2.3 Методы представления геометрии.

2.4 Моделирование длины свободного пробега.
2.5 Методы расчета транспорта частиц.
2.6 Методы поиска и хеширования
2.7 Выводы.
3 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ПАКЕТА
3.1 Алгоритмы пакета
3.2 Представление геометрии
3.2.1 Типы элементов геометрии.
3.2.2 Понятие о главном элементе геометрии.
3.2.3 Позиционирование элементов.
3.2.4 Структура файла описания геометрии.
3.2.5 Загрузка описания геометрии
3.3 Алгоритм транспорта частиц
3.3.1 Поиск по дереву вложенных элементов
3.3.2 Применение хеширования и связанных списков
3.4 Состав геометрического модуля.
3.5 Построение программного окружения пакета .
3.5.1 Состав и задачи программного окружения . . .
3.5.2 ХСМАР. Визуализация геометрии и транспорта
3.5.3 ХССЖА. Использование интерфейса с СУБД .
3.5.4 ХСР2М. Преобразования форматов геометрии .
3.6 Выводы
4 РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ И ВЕРИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ПАКЕТА
4.1 Анализ эффективности передней радиационной защиты эксперимента СМБ.
4.1.1 Постановка задачи
4.1.2 Назначение передней защиты
4.1.3 Технический проект передней защиты.
4.1.4 Моделирование поля излучения.
4.1.5 Расчет эффективности защиты
4.1.6 Исследование конфигураций материалов
4.1.7 Оценка эффективности защиты
4.2 Радиационные нагрузки на детекторы центральной области эксперимента ЬНСЬ.
4.2.1 Общая характеристика эксперимента
4.2.2 Формирование поля вторичного излучения .
4.2.3 Поле вторичных частиц в мюонном детекторе .
4.2.4 Детекторы центральной области
4.2.5 Моделирование поля излучения.
4.2.6 Плотность потока заряженных частиц.
4.2.7 Уровень поглощенной дозы.
4.2.8 Плотность потока нейтронов в вершинном детекторе
4.2.9 Оценка нагрузок на детекторы.
Заключение
Библиография


Целью диссертационной работы является развитие и создание алгоритмов и кодов, предназначенных для расчетов транспорта частиц. Структуру и программную реализацию библиотеки процедур геометрического модуля программного пакета MARS. Разработанное представление геометрии для моделирования переноса частиц, и алгоритм расчета транспорта частиц с использованием хеширования и поиска по дереву элементов. Созданные алгоритмы и коды для визуализации и преобразования описаний геометрии, реализованных в виде программного окружения пакета MARS. Данные по верификации разработанных алгоритмов и методов и созданного программного обеспечения при решении задач моделирования полей вторичного излучения. Результаты использования созданного программного обеспечения при подготовке проекта передней радиационной защиты эксперимента CMS в ЦЕРН. Данные по моделированию поля вторичного излучения, а также ио радиационным нагрузкам на детекторы центральной области эксперимента LCHb на LHC. Научная новизна и практическая ценность. Созданные алгоритмы и коды позволили моделировать перенос излучения с использованием программного пакета MARS на принвдшиально новом уровне точности расчетов. С помощью разработанного программного обеспечения впервые проведены расчеты транспорта частиц в полной геометрии установок, проектируемых для ряда экспериментов физики высоких энергий. В расчетах учтены все существенные детали конструкции детекторов и оборудования. Для эксперимента. CMS на LHC выполнен анализ инженерного проекта передней радиационной защиты, проведена оценка и оптимизация конфигурации этой защиты и используемых в ней материалов. Для эксперимента LHCb исследованы механизмы формирования полей вторичного излучения в центральной области эксперимента; найдена зависимость нагрузок на отдельные детекторы установки от их расположения и конструкции вакуумной камеры в экспериментальной зоне; даны рекомендации, относящиеся к конструкции этих детекторов. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе диссертации вводятся основные понятия программ моделирования переноса частиц методом Монте-Карло. Кратко излагается теория однородных марковских цепей в их приложении к решению уравнения переноса, приводится обзор программ и инструментариев для решения задачи переноса излучения, рассматриваются понятия программного окружения и парадигмы программирования. Вторая глава посвящена основным алгоритмам и методам, используемым для решения задач транспорта частиц. Рассматриваются ограничения на ядро оператора интегрального уравнения переноса, позволяющие частично разделить переменные уравнения. В частности, эта операция позволяет выделить часть ядра, которая отвечает описанию геометрического модуля программы моделирования, где и осуществляется транспорт частиц. Также в данной главе анализируются существующие алгоритмы транспорта частиц и подходы к представлению геометрии в программных пакетах. В третьей главе представлены разработанные для пакета MARS алгоритмы, методы описания геометрии и транспорта частиц, программно реализованные в виде библиотеки процедур геометрического модуля пакета. С целью графического представления геометрии расчетной задачи и использования геометрической информации в различных форматах для геометрического модуля пакета, разработано программное окружение, включающее алгоритмы и коды для использования внешних баз данных и описаний и для визуализации геометрии. В четвертой главе диссертации приведены полученные с помощью созданного программного обеспечения результаты решения практических задач для проектируемых в ЦЕРН совместно с ИФ-ВЭ экспериментов CMS и LHCb, и верификации разработанных алгоритмов и методов на примерах моделирования полей вторичного излучения в конкретных системах детекторов. В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы. Апробация работы и публикации. Диссертация основана на результатах исследований, выполненных автором в - гг. Отделе радиационных исследований ИФВЭ в соответствии с планом работ по подготовке и проведению экспериментов в ИФВЭ и ЦЕРН, на коллайдерах SSC и LHC.